(57)【要約】【課題】部品点数が少なく組立も容易な小型化に適した圧電モータを提供する。【解決手段】圧電モータ１０は、板状の圧電素子２０と、圧電素子２０が設けられるベース部材３０と、ベース部材３０が固定される固定部材４０と、ベース部材３０に当接して可動に支持される被駆動体５０を備えている。ベース部材３０は、座部３１と、固定部材４０に固定される３つの脚部３２と、圧電素子２０が固定される胴部３３と、被駆動体５０に当接する当接部３４を備えている。ベース部材３０は１枚の板材から形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の圧電素子と、
前記圧電素子が設けられるベース部材と、
前記ベース部材が固定される固定部材と、
前記ベース部材に当接して可動に支持される被駆動体を備え、
前記ベース部材は、１枚の板材から形成され、前記被駆動体に当接する当接部と、前記固定部材に固定される脚部と、前記圧電素子が固定される胴部を備える、圧電モータ。
【請求項２】
前記胴部と前記脚部は、折り曲げ加工によって形成される、請求項１に記載の圧電モータ。
【請求項３】
前記脚部は、圧入または嵌合によって前記固定部材に固定される、請求項１に記載の圧電モータ。
【請求項４】
前記圧電素子と前記ベース部材を収納するケースと、前記ケースの一方の端部に固定されるキャップと、前記ケースの他方の端部に固定されるエンドキャップと、前記被駆動体に向けて前記固定部材を押圧する押圧部材をさらに備えている、請求項１に記載の圧電モータ。
【請求項５】
前記脚部は、板バネ部を備えており、前記当接部を前記被駆動体に押圧する力を提供する、請求項１に記載の圧電モータ。
【請求項６】
前記被駆動体は、前記当接部の当接方向と異なる方向に２自由度を有するように支持される、請求項１に記載の圧電モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００６−３４０４２４号公報には、柱状の圧電ステータ素子の複数の圧電駆動部に軸方向に伸長又は収縮の変位を生じさせ、柱状体の端面に生じる進行波でロータを回転させる圧電モータが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３４０４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、この圧電モータは、圧電素子に回転運動伝達部材と筐体という２種の部品を別途取り付けなければならない。すなわち、この圧電モータは、部品点数が多く、構成が複雑であるため、小型化に適していない。
【０００５】
本発明の目的は、部品点数が少なく組立が容易な小型化に適した圧電モータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による圧電モータは、板状の圧電素子と、前記圧電素子が設けられるベース部材と、前記ベース部材が固定される固定部材と、前記ベース部材に当接して可動に支持される被駆動体を備える。前記ベース部材は、１枚の板材から形成され、前記被駆動体に当接する当接部と、前記固定部材に固定される脚部と、前記圧電素子が接着される胴部を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、部品点数が少なく組立も容易な小型化に適した圧電モータが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る圧電モータを示している。
【図２】折り曲げ加工前のベース部材を示している。
【図３】圧電素子の接着後のベース部材を示している。
【図４】折り曲げ加工後のベース部材を示している。
【図５】嵌合による固定部材に対する脚部の固定を示している。
【図６】圧電素子の伸縮に伴う胴部の変形を示している。
【図７】圧電素子に供給するノコギリ波形の電圧信号を示している。
【図８】被駆動体の変形例を示している。
【図９】変形例に係る圧電モータのベース部材を示している。
【図１０】変形例に係る圧電モータを示している。
【図１１】変形例に係る圧電モータのベース部材と被駆動体を示している。
【図１２】変形例に係る圧電モータのベース部材と被駆動体を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１に示すように、圧電モータ１０は、板状の圧電素子２０と、圧電素子２０が設けられるベース部材３０と、ベース部材３０が固定される固定部材４０と、ベース部材３０に当接して可動に支持される被駆動体５０と、圧電素子２０とベース部材３０を収納するケース６０と、ケース６０の一方の端部に固定されるキャップ７０と、ケース６０の他方の端部に固定されるエンドキャップ８０と、被駆動体５０に向けて固定部材４０を押圧する押圧部材９０を備えている。
【００１０】
ベース部材３０は、図４に示すように、座部３１と、固定部材４０に固定される３つの脚部３２と、圧電素子２０が固定される胴部３３と、被駆動体５０に当接する当接部３４を備えている。脚部３２と胴部３３は座部３１から連続して延びており、当接部３４は胴部３３から連続して延びている。脚部３２は、座部３１から下方に垂直に延びており、胴部３３は、座部３１から上方に垂直に延びている。ベース部材３０は１枚の板材から形成され、座部３１に対して垂直に延びる脚部３２と胴部３３は折り曲げ加工によって形成される。
【００１１】
ベース部材３０は圧電素子２０と共に、ユニモルフ構造の圧電モータ駆動部を構成する。以下、この圧電モータ駆動部の組立について図２〜図４を参照して説明する。
【００１２】
まず、金属平板を用意し、この金属平板に打ち抜き加工をおこなって、図２に示すような、折り曲げ加工前のベース部材３０を作成する。金属平板は、たとえばＳＵＳやチタン製である。
【００１３】
次に、図３に示すように、ベース部材３０の胴部３３に、圧電素子２０を接着により固定する。圧電素子２０は、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛で構成される。接着には、たとえばエポキシ系接着剤や導電性接着剤が使用される。続いて、脚部３２を折り曲げ線Ｌ１に沿って図３の紙面に対して下方に折り曲げ、また胴部３３を折り曲げ線Ｌ２に沿って図３の紙面に対して上方に折り曲げる。
【００１４】
以上により、図４に示すように、圧電素子２０とベース部材３０から構成される圧電モータ駆動部が完成する。この圧電モータ駆動部は、圧電素子２０の接着と脚部３２と胴部３３の折り曲げ加工によって組立が完了するため、部品点数が少なく、組立が容易であり、小型化に適している。
【００１５】
圧電モータ駆動部の組立方法は、上記に限定されるものではなく、以下のような手法も採用可能である。
【００１６】
折り曲げ加工前のベース部材３０の形成は、打ち抜き加工に限らず、切削加工、レーザー加工、成形、エッチング等の手法によっておこなわれてもよい。
【００１７】
当接部３４には、耐摩耗性を向上させるために、ＤＬＣや焼入れなどの表面処理を施してもよい。
【００１８】
脚部３２の個数は、３つに限らず、４つ以上であっても、２つ以下であってもよい。
【００１９】
圧電素子２０の材料は、チタン酸ジルコン酸鉛に限らず、チタン酸バリウム、酸化亜鉛、ニオブ酸リチウム等、圧電性を有する材料であれば種類は問わない。
【００２０】
圧電素子２０を接着によってベース部材３０に固定する代わりに、エアロゾルデポジション法や水熱合成法等、圧電材料をベース部材３０に直接成膜することにより圧電素子２０を形成しても構わない。
【００２１】
続いて、圧電モータ１０の組立について図１を参照して説明する。
【００２２】
まず、図示は省くが、圧電素子２０にリード線やＦＰＣ等により電気的接続を行う。次に、ベース部材３０を固定部材４０に取り付ける。固定部材４０には、ベース部材３０の脚部３２に対応した穴４１が設けられており、固定部材４０の穴４１に脚部３２を挿入し、圧入や接着することにより、脚部３２を固定部材４０に固定する。脚部３２の挿し込み深さは、脚部３２の折り曲げ量すなわち脚部３２の長さによって一義的に規制される。
【００２３】
固定部材４０に対する脚部３２の固定は、圧入や接着に限らず、例えば図５に示すような構造による嵌合によっておこなわれも構わない。この場合、図５の（Ａ）に示すように、脚部３２の先端には爪３５があらかじめ設けられる。まず、図５の（Ｂ）に示すように、脚部３２の先端の爪３５を穴４１に挿入する。図５の（Ｃ）に示すように、脚部３２の先端の爪３５が固定部材４０を突き抜けることにより、脚部３２が固定部材４０に固定される。
【００２４】
次に、ケース６０の上方の端部に、キャップ７０と被駆動体５０を設ける。キャップ７０は、これに限らないが、例えばガラスやアクリル等の透明材料で構成される。被駆動体５０は、半円柱形状の本体５１と、半円柱形状の本体５１の軸に沿って両側に延出している一対の軸５２と、本体５１の平坦面に固定された撮像素子５３から構成されている。本体５１は、ジルコニアセラミクス等の耐摩耗性のある材料で構成される。キャップ７０は、ケース６０とほぼ同じ太さであり、先端は半球形状をしている。またキャップ７０は、被駆動体５０の一対の軸５２を受ける一対の溝７１を有している。被駆動体５０の一対の軸５２をそれぞれキャップ７０の一対の溝７１に入れてキャップ７０をケース６０に固定する。これにより、被駆動体５０は回転可能に支持される。ケース６０とキャップ７０の間の固定方法には、嵌め込み式、接着式、ネジ固定など任意の方法が採用可能である。
【００２５】
続いて、圧電素子２０とベース部材３０から構成される圧電モータ駆動部が固定された固定部材４０をケース６０に下方の端部から挿入する。固定部材４０とケース６０は、例えば、金属、樹脂、セラミクス等の材料で構成される。ケース６０は、図１には円筒形状に描かれているが、その形状は、中空状であれば、円筒以外のどのような形状であってもよい。さらに、押圧部材９０をケース６０に下方の端部から挿入し、ケース６０の下方の端部にエンドキャップ８０を固定する。エンドキャップ８０は、ケース６０とほぼ同じ太さをしている。ケース６０とエンドキャップ８０の間の固定方法には、嵌め込み式、接着式、ネジ固定など任意の方法が採用可能である。押圧部材９０は、コイルバネ等の弾性体で構成される。エンドキャップ８０がケース６０に固定された状態において、押圧部材９０は、固定部材４０とエンドキャップ８０の間に介在し、固定部材４０を被駆動体５０の方に押圧する。その結果、ベース部材３０の当接部３４が被駆動体５０に加圧接触される。
【００２６】
次に、図１に示した圧電モータ１０の駆動方法について図６と図７を用いて説明する。
【００２７】
圧電素子２０に電圧を供給していない状態では、図６の（Ｂ）に示すように、圧電素子２０は伸縮も収縮もしておらず、胴部３３はまっすぐに延びている。この状態から、圧電素子２０の分極方向に対して正電圧を供給すると、図６の（Ａ）に示すように、圧電素子２０が伸張し、これに伴い、胴部３３は左方向に湾曲し、当接部３４は円弧の軌跡を描いて左方向に移動する。また、図６の（Ｂ）の状態から、圧電素子２０の分極方向に対して負電圧を供給すると、図６の（Ｃ）に示すように、圧電素子２０は収縮し、これに伴い、胴部３３は右方向に湾曲し、当接部３４は円弧の軌跡を描いて右方向に移動する。
【００２８】
被駆動体５０は、圧電素子２０によるインパクト方式の駆動方法によって駆動される。インパクト方式の駆動方法では、ノコギリ波形の電圧信号を圧電素子２０に供給して当接部３４に振動運動させることにより、被駆動体５０を回転させる。
【００２９】
図７の（Ａ）に示すノコギリ波形の電圧信号を圧電素子２０に供給すると、圧電素子２０は、電圧上昇時にはゆっくりと伸長し、電圧降下時には急峻に収縮する。圧電素子２０の伸長時には、当接部３４の移動が遅いため、当接部３４と被駆動体５０の間の摩擦力によって、当接部３４の移動と共に、当接部３４に接触している被駆動体５０の部分も同方向に移動される。一方、圧電素子２０の収縮時には、当接部３４の移動が速いため、当接部３４と被駆動体５０の間に滑りが発生し、当接部３４だけが移動し、被駆動体５０はそのままの姿勢で留まる。これにより、当接部３４に接触している被駆動体５０の部分が左方向に繰り返し移動され、その結果、被駆動体５０が時計回りに回転される。
【００３０】
一方、図７の（Ｂ）に示すノコギリ波形の電圧信号を圧電素子２０に供給すると、圧電素子２０は、電圧降下時にはゆっくりと収縮し、電圧上昇時には急峻に伸張する。その結果、前述と同様の原理により、当接部３４に接触している被駆動体５０の部分が右方向に繰り返し移動され、その結果、被駆動体５０が反時計回りに回転される。
【００３１】
このようにして、被駆動体５０を回転させることにより、撮像素子５３の向きを１軸周りで変えることが出来る。
【００３２】
本実施形態の圧電モータ１０は、別の言い方をすれば撮像モジュールであり、前述したように、圧電素子２０とベース部材３０から構成される圧電モータ駆動部が圧電素子２０の接着と脚部３２と胴部３３の折り曲げ加工によって完成されるため、部品点数が少なく、組立が容易であり、小型化に適している。
【００３３】
これまでの説明では、胴部３３の片面だけに圧電素子２０を設けたユニモルフ構造を示したが、胴部３３の両面に圧電素子２０を設けたバイモルフ構造とし、より大きな変位や出力を得るようにしてもよい。また、駆動方法もインパクト方式に限らず、胴部３３の両面の圧電素子２０に位相差を有する電圧信号を供給して当接部３４に楕円振動を励起する方式でもよい。
【００３４】
また、被駆動体５０に搭載する部品は、撮像素子５３に限らず、ミラーや機械的出力を取り出す軸としてもよい。
【００３５】
さらに、被駆動体５０を、図８の（Ａ）に示すように、円柱状の被駆動体５０Ａに変更して、被駆動体５０Ａが連続的に回転可能な連続回転機構を実現したり、図８の（Ｂ）に示すように、平板状の被駆動体５０Ｂに変更して、被駆動体５０Ｂが並進移動可能な直動機構を実現したりすることも出来る。
【００３６】
また、さらなる小型化の為に、図９と図１０に示すように、押圧部材９０とエンドキャップ８０を省いた構成とすることもできる。この圧電モータでは、ベース部材３０Ａは、脚部３２Ａが板バネ部３６を備えている。板バネ部３６は、図９に示す折り曲げ加工前のベース部材３０Ａにおいて、脚部３２Ａを折り曲げ線Ｌ３に沿ってジグザグに折り曲げることにより形成される。また、折り曲げ加工前のベース部材３０Ａにおいて、脚部３２Ａは、折り曲げ線Ｌ１に沿って図９の紙面に対して下方に折り曲げられ、胴部３３は、圧電素子２０の接着後、折り曲げ線Ｌ２に沿って図９の紙面に対して上方に折り曲げられる。固定部材４０Ａは、ベース部材３０Ａが固定されるほか、ケース６０の下方の端部に固定される。固定部材４０Ａがケース６０に固定された状態において、ベース部材３０の当接部３４は被駆動体５０に当接し、板バネ部３６は、当接部３４を被駆動体５０に押圧する力を提供する。
【００３７】
これまでの説明では、ただ１組の胴部３３と当接部３４と圧電素子２０を備える構成を示したが、複数組の胴部３３と当接部３４と圧電素子２０を備える構成としてもよい。
【００３８】
これにより、たとえば図１１に示すような、板状の被駆動体５０Ｂを２軸方向に並進可能な直進２自由度の圧電モータを実現することも可能である。この圧電モータでは、ベース部材３０Ｂは、座部３１Ｂから４つの脚部３２Ｂと２つの胴部３３Ｂが延びており、各胴部３３Ｂの先端に当接部３４Ｂが位置し、各胴部３３Ｂに圧電素子２０が接着により固定されている。また、板状の被駆動体５０Ｂは図示しない機構によって２軸方向に並進可能に支持される。つまり、被駆動体５０Ｂは、当接部３４Ｂの当接方向と異なる方向に２自由度を有するように支持される。また、被駆動体５０Ｂには当接部３４Ｂが当接される。各圧電素子２０に前述した駆動法を適用することにより、被駆動体５０Ｂが２軸方向に並進移動される。
【００３９】
また、図１２に示すような、球状の被駆動体５０Ｃを２軸周りに回転可能な回転２自由度の圧電モータを実現することも可能である。この圧電モータでは、ベース部材３０Ｃは、座部３１Ｃから４つの脚部３２Ｃと４つの胴部３３Ｃが延びており、各胴部３３Ｃの先端に当接部３４Ｃが位置し、各胴部３３Ｃに圧電素子２０が接着により固定されている。また、球状の被駆動体５０Ｃは図示しない機構によって２軸周りに回転可能に支持される。つまり、被駆動体５０Ｃは、当接部３４Ｃの当接方向と異なる方向に２自由度を有するように支持される。また、被駆動体５０Ｃには４つの当接部３４Ｃが当接される。互いに対向する各組の各圧電素子２０に前述した駆動法を互いに逆相で適用することにより、言い換えれば、互いに対向する各組の当接部３４Ｃが同じ方向に移動するように圧電素子２０を駆動することにより、被駆動体５０Ｃが２軸周りに回転される。
【００４０】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。ここにいう様々な変形や変更は、上述した実施形態を適当に組み合わせた実施も含む。
【符号の説明】
【００４１】
１０…圧電モータ、２０…圧電素子、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ…ベース部材、３１，３１Ｂ，３１Ｃ…座部、３２，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ…脚部、３３，３３Ｂ，３３Ｃ…胴部、３４，３４Ｂ，３４Ｃ…当接部、３５…爪、３６…板バネ部、４０，４０Ａ…固定部材、４１…穴、５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ…被駆動体、５１…本体、５２…軸、５３…撮像素子、６０…ケース、７０…キャップ、７１…溝、８０…エンドキャップ、９０…押圧部材、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…折り曲げ線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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